(57)【要約】      （修正有）【課題】宇宙機の慣性ホイールをアンロードする方法およびシステムを提供する。【解決手段】宇宙機が３つの基準軸Ｘ、Ｙ、Ｚを備え、軸Ｚが指向方向に対応する、宇宙機の慣性車輪７をアンロードする方法は、指向方向を固定したままで、軸Ｚを中心として宇宙機を自動的に回転反転させることにより、慣性車輪７の角運動量の蓄積方向を反転させることにある。衛星または惑星間探査機の分野への用途。【選択図】図３
2010105659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙機の慣性車輪をアンロードする方法であって、前記宇宙機が３つの基準軸Ｘ、Ｙ、Ｚを備え、前記軸Ｚが指向方向に対応し、前記宇宙機が、最高角速度に対応する最大負荷値まで前記車輪に機体角運動量を蓄積する容量を有する方法において、
前記３軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿って前記宇宙機をアンロードするために、前記指向方向を固定したままで、前記軸Ｚを中心として前記宇宙機を自動的に反転させることにより、前記車輪の前記角運動量の蓄積方向を反転させることにあることを特徴とする方法。
【請求項２】
−前記車輪のアンロードを始動させる閾値Ｈｓおよび基準機体角運動量ベクトル
【数１】
2010105659.tif 000023
を選択すること、
−各慣性車輪の前記角速度を周期的に測定すること、
−各速度測定について、機体角運動量ベクトル
【数２】
2010105659.tif 000024
を計算し、それから、前記機体角運動量ベクトル
【数３】
2010105659.tif 000025
と前記基準機体角運動量ベクトル
【数４】
2010105659.tif 000026
との絶対値での差分に等しい蓄積角運動量Ｈｉを推定すること、
−前記蓄積角運動量Ｈｉを前記閾値Ｈｓと比較すること、
−前記蓄積角運動量Ｈｉが前記閾値Ｈｓよりも大きい場合、前記車輪のアンロードを可能にする反転操作の始動を決定し（１０）、それから、前記指向方向は固定したままで、前記軸Ｚを中心として予め定められた角度分だけ前記宇宙機を回転反転させる自動操作（３０）を始動すること
にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記反転操作の始動を決定すること（１０）が、Ｈｉが２つの連続した測定間で増大する場合に行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記閾値Ｈｓが、前記慣性車輪の前記最大負荷値未満であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記軸Ｚを中心として１８０°に等しい角度だけ前記宇宙機を反転させることにあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記回転反転操作を始動すること（３０）が、前記宇宙機が航路上の予め定められた位置にあるときに前記アンロードすること（２０）を可能にする前記反転操作を許可する事前ステップにおいて許可されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記予め定められた位置が、人口密度の低い地理的陸地ゾーン上を通過している前記宇宙機、または前記宇宙機が夜であるゾーン内を通過しているときに対応することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記宇宙機の前記回転反転操作（３０）が、少なくとも１つの慣性車輪によって実行されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの慣性車輪を備え、最大負荷値までの機体角運動量を車輪に蓄積する容量を有する宇宙機の慣性車輪をアンロードするシステムであって、
指向方向を固定したまま、前記指向方向に対応する軸Ｚを中心として予め定められた角度だけ前記宇宙機を回転反転させる自動操作を始動させる手段を備え、前記角度が、前記車輪の前記角運動量の蓄積方向を反転させるように選択されることを特徴とするアンロードシステム。
【請求項１０】
前記慣性車輪に搭載された少なくとも１つの速度センサ、測定速度に対応する前記慣性車輪に蓄積された角運動量Ｈｉを計算する手段、前記車輪に蓄積された前記角運動量を、前記車輪のアンロードを始動するための事前に選択された閾値Ｈｓと比較する手段、前記車輪に蓄積された前記角運動量の値が前記閾値よりも大きい場合、前記宇宙機の反転操作の始動を決定する手段も備えることを特徴とする請求項９に記載のアンロードシステム。
【請求項１１】
少なくとも１つの慣性車輪と、指向方向に対応する１つの軸Ｚとを備える宇宙機であって、請求項９に記載の慣性車輪のアンロードシステムを備えることを特徴とする宇宙機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙機の慣性車輪をアンロードする方法およびシステムに関する。  本発明は、特に、ミッションに従って、アンテナ、ソーラーパネル、および機内に搭載された科学機器の正確な向きを保証するために、航路または軌道に関係なく、姿勢と呼ばれる非常に厳密な向きを維持する必要がある衛星または惑星間探査機の分野に適用される。
【背景技術】
【０００２】
予め定められた航路上の衛星または探査機等の宇宙機の姿勢、すなわち角度方向は、通常、内部トルクを宇宙機にかけ、かつ宇宙機に関連する基準三面体を形成する軸Ｘ、Ｙ、Ｚのうちの１つを中心として回転させることを可能とする慣性車輪等の内部アクチュエータによって制御される。宇宙機は、太陽圧、空力的摩擦力(aerodynamic friction force)、電磁トルク、および重力傾度によるトルク等の環境によって生成される妨害トルクの作用下で位置合わせがずれる傾向を有する。したがって、宇宙機の角度方向を積極的に制御し、３軸上のこの向きの安定性を保証する必要がある。姿勢は、宇宙機の向きを測定するセンサ、これら測定値を処理し、かつ１つまたは複数のアクチュエータによって実行されて、ドリフトを相殺し、選択された方向への向きを維持するコマンドを確立する機内搭載コンピュータを含むフィードバックループによって永続的に制御される。しかし、車輪が内部トルクを供給する都度、車輪の速度は、飽和速度と呼ばれる最高速度まで増大する。最高速度に達すると、慣性車輪はもはやドリフトを補償することができず、機内搭載コンピュータは車輪アンロード動作を開始する。
【０００３】
車輪は、通常、車輪が元の速度に戻るまで、車輪の速度を低減するように選択された外部トルクを宇宙機にかける追加の外部アクチュエータを使用することによってアンロードされる。
【０００４】
慣性車輪をアンロードするために、地磁場と相互作用し、磁気トルクを生成して、車輪の速度を低減する磁気トルカバー(magneto torquer bar)を使用することが既知の慣例である。これら外部アクチュエータは、地磁場の強度は惑星の近傍で高いため、地球等の磁気圏を有する惑星の周囲の、通常、地球の場合、高度２０００ｋｍまでの地球低軌道ＬＥＯに配置された宇宙機の場合に上手く機能するが、より高い高度では、平均的にあまり上手く機能しない。さらに、地球赤道軌道において、軌道の平面は赤道の平面であり、磁場の軸は、軌道の平面に略直交する。磁気トルクは磁場の軸上で生成されることができないため、衛星のドリフトはこれらアクチュエータによって補償することができない。
【０００５】
高い高度または静止軌道ＧＥＯ（静止地球軌道）では、姿勢制御ロケットを使用して、慣性車輪のアンロードを実行することが既知の慣例である。姿勢制御ロケットは、ガスジェットの放出によって外部トルクを生成できるようにする。しかし、姿勢制御ロケットは、宇宙機を回転運動させるが、宇宙機の軌道を乱し、多くの振動を発生させ、指向を失わせる並進運動も宇宙機に生じさせるという欠点を有する。さらに、姿勢制御ロケットは、通常、宇宙機の片側に配置されるため、姿勢制御ロケットを正しく向けるために、慣性車輪をアンロードする動作中に宇宙機を回転させる必要がある。最後に、姿勢制御ロケットを使用して車輪をアンロードすると、宇宙機に嵌め込まれたソーラーパネルによって取り込まれた太陽エネルギーを介して慣性車輪が電気的に給電される間に、追加の燃料消費が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、アンロードが自動的に実行され、追加の外部アクチュエータを必要とせず、燃料の節減を可能にし、したがって、宇宙機の簡易化ひいては宇宙機の重量およびコストの低減を可能にする、宇宙機の慣性車輪をアンロードする新しい方法を提案することによって、これら問題を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本発明の主題は、宇宙機が３つの基準軸Ｘ、Ｙ、Ｚを備え、軸Ｚが指向方向に対応し、宇宙機が、最高角速度に対応する最大負荷値まで車輪に機体角運動量(onboard angular momentum)を蓄積する容量を有する、宇宙機の慣性車輪をアンロードする方法であって、３軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿って宇宙機をアンロードするために、指向方向を固定したままで、軸Ｚを中心として宇宙機を自動的に反転させることにより、車輪の角運動量の蓄積方向を反転させることにあることを特徴とする方法である。
【０００８】
有利なことには、この方法は、
−車輪のアンロードを始動させる閾値Ｈｓおよび基準機体角運動量ベクトル
【数１】
2010105659.tif 000003
を選択すること、
−各慣性車輪の角速度を周期的に測定すること、
−各速度測定について、機体角運動量ベクトル
【数２】
2010105659.tif 000004
を計算し、それから、機体角運動量ベクトル
【数３】
2010105659.tif 000005
と基準機体角運動量ベクトル
【数４】
2010105659.tif 000006
との絶対値での差分に等しい蓄積角運動量Ｈｉを推定すること、
−蓄積角運動量Ｈｉを閾値Ｈｓと比較すること、
−蓄積角運動量Ｈｉが閾値Ｈｓよりも大きい場合、車輪のアンロードを可能にする反転操作の始動を決定し（１０）、それから、指向方向は固定したままで、軸Ｚを中心として予め定められた角度分だけ宇宙機を回転反転させる自動操作（３０）を始動することにある。
【０００９】
任意に、Ｈｉが２つの連続した測定間で増大する場合、反転操作の始動を決定することにより、車輪をアンロードすることができる。
【００１０】
有利なことには、閾値Ｈｓは、慣性車輪の最大負荷値未満である。
【００１１】
好ましくは、回転反転角度は１８０°に等しい。
【００１２】
好ましくは、回転反転操作を始動することは、宇宙機が航路上の予め定められた位置にあるときに許可される。例えば、予め定められた位置は、地球の人口密度の低い地理的ゾーン上を通過している宇宙機、または夜であるゾーン内を通過している宇宙機に対応し得る。
【００１３】
有利なことには、宇宙機の回転反転操作は、少なくとも１つの慣性車輪によって実行される。
【００１４】
本発明は、少なくとも１つの慣性車輪を備え、最大負荷値までの機体角運動量を車輪に蓄積する容量を有する宇宙機の慣性車輪をアンロードするシステムであって、指向方向を固定したまま、指向方向に対応する軸Ｚを中心として予め定められた角度だけ宇宙機を回転反転させる自動操作を始動させる手段を備え、角度が、車輪の角運動量の蓄積方向を反転させるように選択されることを特徴とする、アンロードシステムにも関する。
【００１５】
有利なことに、システムは、慣性車輪に搭載された少なくとも１つの速度センサ、測定速度に対応する慣性車輪に蓄積された角運動量Ｈｉを計算する手段、車輪に蓄積された角運動量を、車輪のアンロードを始動するための事前に選択された閾値Ｈｓと比較する手段、車輪に蓄積された角運動量の値が閾値よりも大きい場合、宇宙機の反転操作の始動を決定する手段も備える。
【００１６】
最後に、本発明は、少なくとも１つの慣性車輪と、指向方向に対応する１つの軸Ｚと、慣性車輪のアンロードシステムとを備える宇宙機にも関する。
【００１７】
本発明の他の特定の特徴および利点は、添付の概略図を参照して純粋に例示的な非限定例として与えられる説明の残りの部分において明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による宇宙機の例の斜視図である。
【図２】本発明による、惑星の周囲の赤道軌道に配置された宇宙機の例の概略的な斜視図である。
【図３】宇宙機の慣性車輪の例示的な構成の図である。
【図４ａ】軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿った妨害トルクの時間の関数としての傾向の例である。
【図４ｂ】軌道周期中の慣性車輪によって蓄積された角運動量に対する妨害トルクの影響の例である。
【図５ａ】本発明による、宇宙機の慣性車輪をアンロードする方法の主要ステップを示すブロック図である。
【図５ｂ】本発明による、宇宙機の慣性車輪をアンロードする方法の主要ステップを示すブロック図である。
【図６ａ】本発明による、宇宙機の回転反転前後の軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿った妨害トルクの時間の関数としての傾向の例である。
【図６ｂ】本発明による、宇宙機の回転反転前後の軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿った妨害トルクの時間の関数としての傾向の例である。
【図７ａ】本発明による、宇宙機の回転反転前後の車輪によって蓄積された角運動量の傾向の例である。
【図７ｂ】本発明による、宇宙機の回転反転前後の車輪によって蓄積された角運動量の傾向の例である。
【図８ａ】本発明による方法を宇宙空間内の宇宙機の車輪のアンロードに適用する第２の例である。
【図８ｂ】本発明による方法を宇宙空間内の宇宙機の車輪のアンロードに適用する第２の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、ソーラーパネル２が嵌め込まれたプラットフォーム１と、送受信アンテナ３を備えたペイロードとを備えた宇宙機、例えば通信衛星の例を表す。宇宙機は、宇宙機に関連する基準座標系を形成する３軸Ｘ、Ｙ、Ｚを備える。図１では、軸Ｘは、例えば図２に示すように、予め定められた軌道上、例えば、地球の周囲の軌道上等の飛行方向に対応し得、軸Ｙは北／南に向けられ、偏揺れ軸Ｚは、軸Ｘおよび軸Ｙによって形成される平面に直交し、指向方向に対応する。ソーラーパネル２は、軸Ｙの方向に向けられ、アンテナ３は、偏揺れ軸Ｚに沿い、例えば、地球または星に向けられる。宇宙機は、例えば図３に示すように、リアクションホィールとも呼ばれる少なくとも３つの慣性車輪７を備える。慣性車輪は、通常、衛星の本体内、例えば、プラットフォーム１内に組み込まれる。３軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿って反作用トルクを生成し、宇宙機の角方向の安定化を可能にするために、３つの車輪が必要である。第４の車輪の追加は、車輪のうちの１つが故障した場合に有用であり、または車輪が、衛星の指向の妨げとなることがあり得るゼロ速度に達するのを防ぐために有用な冗長である。宇宙機の姿勢におけるドリフトを修正するために実行される操作中、車輪７は、車輪７の回転速度を増大させひいては蓄積された角運動量を増大させることができる内部トルクをかける。
【００２０】
さらに、車輪を使用しての衛星の回転操作は、操作開始から操作終了までの間、一時的に車輪の速度を増大させる。衛星を回転させるために、車輪に角運動量がロードされ、この角運動量は、角運動量保存の法則に従って、衛星の本体に伝達される。
【００２１】
図４ａおよび図４ｂは、軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿った妨害トルクの時間の関数としての傾向および軌道周期中に慣性車輪７によって蓄積された角運動量に対するそれらの影響の例のそれぞれを示す。この例では、宇宙機は、２０００ｋｍ〜３６０００ｋｍの中高度の赤道軌道に配置された衛星である。これら高度において、宇宙機の姿勢に対して作用する主要な妨害トルクは、太陽圧によるトルクおよび重力傾度によるトルクである。例えば、高度８０００ｋｍでは、大気摩擦によるトルクは極わずかである。
【００２２】
さらに、残留磁気トルクは、時間の経過に伴い平均的に自己補償するため、慣性車輪によって蓄積された角運動量に影響を及ぼさない。これら図は、太陽圧により、妨害が、太陽に対する衛星の向きに応じて軌道に沿ってすべて変化すること、および軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿った機体角運動量の成分が、１軌道後に増大したことを示す。さらに、地球が衛星に対して太陽を遮っているとき、すなわち、図示の曲線上の１４０００秒〜１６０００秒の間、太陽圧はなく、主に重力傾度による妨害トルクは多少なりとも一定である。機体角運動量の傾向の方向の変化は、衛星の軸Ｙ（北／南）を中心とした回転による衛星の軸間での角運動量の交換によるものである。この回転は、地球の方向での衛星の指向に関連する。
【００２３】
図５ａおよび図５ｂは、本発明による、宇宙機の慣性車輪７をアンロードする方法の主要ステップを示す２つのブロック図を表す。本発明を理解しやすくするために、この方法は、地球等の惑星の周囲の軌道にあり、偏揺れ軸Ｚに対応する指向方向を向いたアンテナを有する宇宙機の例を採用して説明される。
【００２４】
第１のステップ１０は、周期的に行われる各慣性車輪の角速度の測定１１に基づいて、慣性車輪をアンロードするための操作の始動を決定することにある。このステップ中、偏揺れ軸Ｚは固定されたままである。予備ステップ８における第１の反復ｉ＝１中、車輪のアンロードを始動させる閾値Ｈｓおよび基準機体角運動量ベクトル
【数５】
2010105659.tif 000007
が選択される。  
【数６】
2010105659.tif 000008
は、三次元ベクトルであり、機体角運動量の所望の値を形成する。該当する用途に応じて、ベクトル
【数７】
2010105659.tif 000009
は、ゼロであってもよいし、またはゼロでなくてもよい。
【００２５】
宇宙機が、惑星の周囲の軌道にある衛星である場合、例えば、速度測定を各軌道に対して行うことができる。
【００２６】
この場合、各軌道上で、各慣性車輪に配置された速度センサが、車輪の角速度Ωを測定する。測定された角速度Ωは、機内搭載コンピュータに送信され、機内搭載コンピュータは、速度測定値Ωに基づいて、各反復ｉについて、機体角運動量ベクトル
【数８】
2010105659.tif 000010
を計算し、そこから、機体角運動量ベクトル
【数９】
2010105659.tif 000011
と基準ベクトル
【数１０】
2010105659.tif 000012
との絶対値での差分に等しい蓄積角運動量Ｈｉを推定する。蓄積角運動量Ｈｉは、好ましくは、衛星の３軸に沿って示されるアンロードの場合、機体角運動量ベクトル
【数１１】
2010105659.tif 000013
と基準ベクトル
【数１２】
2010105659.tif 000014
との差分の二次ノルムを計算することによって得られ、または単位ベクトル
【数１３】
2010105659.tif 000015
を有する単一軸に沿った部分アンロードの場合、機体角運動量ベクトル
【数１４】
2010105659.tif 000016
と基準ベクトル
【数１５】
2010105659.tif 000017
との差分と単位ベクトルとのスカラー積：
【数１６】
2010105659.tif 000018
を計算することによって得られる。例えば、ゼロ基準ベクトル
【数１７】
2010105659.tif 000019
を有する軸Ｙのアンロードの場合、蓄積角運動量Ｈｉは、機体角運動量ベクトル
【数１８】
2010105659.tif 000020
の軸Ｙに沿った成分Ｈｙ，ｉに等しい。
【００２７】
基準角運動量ベクトル
【数１９】
2010105659.tif 000021
はパラメータであり、三次元ベクトルである。三次元機体角運動量ベクトル
【数２０】
2010105659.tif 000022
は、車輪の角運動量のベクトル和によって計算される。各車輪の角運動量は、車輪の角速度を車輪の回転慣性で乗算することによって得られる。各車輪の慣性Ｉは、車輪の固有特徴である。すべての車輪が同一の場合、車輪は同じ慣性を有する。速度ベクトルはｎ次元ベクトルであり、ｎは車輪の数である。
【００２８】
次に、車輪をアンロードする操作を始動する決定が、機内搭載コンピュータによって以下のプロセスに従って行われる。少なくとも１つの軸上の蓄積角運動量の値Ｈｉは、アンロードを始動させる閾値Ｈｓと比較される。次に、テスト１３が実行されて、値Ｈｉが閾値Ｈｓよりも大きいか否かが決定される。任意に、第２のテスト１４を実行して、蓄積角運動量Ｈｉが増大しているかＨｉ＞Ｈｉ−１否かを決定してもよい。テスト１３、および該当する場合にはテスト１４が、肯定である場合、車輪のアンロードを可能にする反転操作を始動するという決定が下される。テスト１３、または該当する場合にはテスト１４が、否定の場合、この方法は、慣性車輪の新しい角速度測定を有する次の反復に向けてインクリメントされる。閾値Ｈｓは、機体角運動量の許容変動範囲に従って予め決定される値である。閾値の選択は、慣性車輪の角運動量の最大容量、宇宙機内の車輪の向き、衛星の所望の平均機体角運動量、例えば、宇宙機の操作および姿勢制御に割り当てられた角運動量マージン、ならびにアンロードをあまりに頻繁には始動せず、車輪が飽和値に達しないように十分に早期にアンロードを始動させることにある折り合いの結果に依存する。
【００２９】
第２のステップ２０はオプションである。第２のステップは、軌道での宇宙機の位置が操作の許可範囲に達した場合、車輪をアンロードする操作の始動を許可することにある。本発明によれば、車輪をアンロードする操作は、偏揺れ軸Ｚを中心とした予め定められた角度だけ、宇宙機を偏揺れ反転させることにあり、偏揺れ軸Ｚは固定されたままである。
【００３０】
軸ＺまたはＺに近い軸を中心としたこの回転により、空間の三方向での車輪のアンロードが可能になる。特に、軸Ｚを中心とした回転により、地磁場に平行する北／南方向に対応する軸Ｙをアンロードする初期問題を完全に解消することが可能となる。しかし、時間の経過と共に潜在的に増大し得る残留角運動量が残り得る。有利なことに、この残留角運動量をなくすために、本発明による車輪をアンロードするシステムは、追加のアンロードシステム、例えば、磁気アンロードシステムで補足することができる。宇宙機が惑星の周囲の軌道にある場合、回転反転前後に漂遊磁場によって宇宙機に対して及ぼされるトルクが逆方向でありかつそれらの影響が図６ａおよび図６ｂに示すように漸進的に相殺されるように、回転反転角度は、好ましくは、宇宙機の反転に対応する１８０°に等しいか、または１８０°におおよそ等しい。したがって、この回転反転は、初期値に戻るまで慣性車輪の角速度を低減することを可能にし、宇宙機の回転反転前に車輪によって宇宙機に蓄積された角運動量は、図７ａおよび図７ｂに示すように、回転反転後に漸進的に補償される。図７ａ、図７ｂはそれぞれ、軌道周期中に衛星の３軸に車輪によって蓄積される角運動量を示し、この蓄積は、衛星の軸Ｚを中心とした１８０°反転の前後それぞれの図６ａ、図６ｂのそれぞれに表される妨害トルクによるものである。軌道周期に対応する１６０００秒において、図７ａの機体角運動量の成分は、図７ｂの機体角運動量の成分の逆であり、絶対値的に等しい。
【００３１】
しかし、宇宙機の回転中、アンテナが位置ずれし、データ伝送ビットレートに悪影響を及ぼす危険性がある。宇宙機が地球の軌道にある衛星、例えば、通信衛星等である場合、データ伝送ビットレートの低下は、深刻な結果を招き得る。その結果を制限するために、有利なことに、宇宙機の回転反転は、軌道にある宇宙機の位置が、通信ビットレート要件が低減する居住者がまばらな地理的ゾーン上または夜間中の地理的ゾーン上にあるときに許可される。宇宙機の偏揺れ軸Ｚは固定され、宇宙機は、操作許可範囲上を通るまで、軌道上で航行し続ける。宇宙機が許可範囲に達すると、コンピュータは、宇宙機の回転反転を指示する。
【００３２】
第３のステップ３０は、回転反転操作の実行に関する。宇宙機が、操作が完了するまで、好ましくは１８０°に等しいか、または１８０°に近い予め定められた角度だけ偏揺れ軸Ｚまたは偏揺れ軸に近い軸を中心として回転する間、宇宙機の偏揺れ軸Ｚは固定されたままであり、地球に向けられる。回転反転操作は、有利なことに、慣性車輪によって実行され、追加のアクチュエータを必要としない。回転反転操作中、車輪の機体角運動量は、車輪の速度変化により変化するが、衛星および車輪によって形成された組立体の総角運動量は、慣性座標系内で一定のままであり、車輪間で角運動量の交換が一度あるだけである。慣性座標系に示される車輪の機体角運動量は、反転操作の前後で多少なりとも同一である。
【００３３】
回転反転操作が完了すると、本発明による方法は、ステップ１０に戻り、宇宙機の慣性車輪の角速度を監視して必要であればアンロード操作をする新しいサイクルを繰り返すことにある。各アンロード操作中に衛星を自動的に反転させることにより、太陽圧および重力傾度等の妨害外部トルクを、第１の方向に、次に、第１の方向とは逆の第２の方向に慣性車輪の平均速度を変更させることができ、それにより、慣性車輪の速度を飽和閾値未満に留めることができる。
【００３４】
図８ａおよび図８ｂは、慣性指向モードの宇宙空間内の任意の場所に配置された宇宙機、例えば、衛星の車輪をアンロードする方法の適用の第２の例を示す。衛星は、例えば、ラグランジュ点Ｌ２に配置された宇宙空間内のゾーンから星に向けられ得る。衛星は、重心Ｇおよび太陽圧の推力中心に対応するポイントＰを有し、プラットフォーム１とソーラーパネル２とを備える。ソーラーパネルの長手軸は、例えば軸Ｙであり、指向軸は軸Ｚであり、軸Ｘは平面ＹＺに直交する。太陽圧を受ける衛星は、１つのみのソーラーパネルおよび重心からオフセットされた太陽スラスト中心(solar thrust center)を有するため、平衡されず、かなりの角運動量を、太陽トルクの軸に対応する車輪の軸Δに蓄積する。車輪をアンロードするために、本発明による方法は、指向軸Ｚを中心として衛星を反転させ、車輪の角運動量の蓄積方向を反転させることにある。反転角度は、好ましくは１８０°に等しい。反転後、角運動量は、通常、衛星の重心に対する太陽スラスト中心のシフトにより、軸Δからわずかに異なる軸Δ’に蓄積される。軸Δが軸Δ’と同一である場合、３軸Ｘ、Ｙ、Ｚ上のアンロードは完全である。図８ｂに示すように、２つの軸ΔとΔ’との間に差がある場合、アンロードは３軸Ｘ、Ｙ、Ｚ上で完全ではなく、残留角運動量が、軸Δと軸Δ’によって形成される平面の、この例では主に軸Ｙ上に残る。この場合、この残留角運動量がΔとΔ’とを二等分する平均軸上の蓄積と比較して小さい場合、例えば、姿勢制御ロケット型の追加のアンロードシステムを追加することが好ましい。
【００３５】
本発明を特定の実施形態を参照して説明したが、本発明が決して特定の実施形態に制限されず、本発明の文脈に含まれる場合、説明された手段およびその組み合わせのすべての技術的均等物を含むことが明らかである。
【符号の説明】
【００３６】
１  プラットフォーム
２  ソーラーパネル
３  送受信アンテナ
７  慣性車輪
８  予備ステップ
１０  第１のステップ
１１  慣性車輪の角速度の測定
１３、１４  テスト
２０  第２のステップ
３０  第３のステップ
【図１】
2010105659.tif 000027
【図２】
2010105659.tif 000028
【図３】
2010105659.tif 000029
【図４ａ】
2010105659.tif 000030
【図４ｂ】
2010105659.tif 000031
【図５ａ】
2010105659.tif 000032
【図５ｂ】
2010105659.tif 000033
【図６ａ】
2010105659.tif 000034
【図６ｂ】
2010105659.tif 000035
【図７ａ】
2010105659.tif 000036
【図７ｂ】
2010105659.tif 000037
【図８ａ】
2010105659.tif 000038
【図８ｂ】
2010105659.tif 000039
【外国語明細書】
2010105659000001.pdf